道床应力
道床应力(bedstress)道床单位面积上所承受的压力。因道床由散体颗粒组成,道床内力的传递实际上是以颗粒与颗粒的接触传力完成的,道床应力并不能真实反映颗粒间的接触应力,因此道床应力又称为道床名义应力。由于道床的分压作用,道床内各层应力是不相同的,道床应力随距轨枕底面的距离加大而减小。
计算道床应力时,通常采用简化方法。假定应力按内摩角由轨枕底部边缘向两侧扩散,见下图。道床应力计算时分为三层,即第一层:枕底至轨枕宽度方向应力扩散线的交点k1;第二层:k1至轨枕长度方向应力扩散线的交点k2,h1≤h<h2;第三层:k2点以下,h≥h2。
h1=(b/2)cotфh2=(e/2)cotф
式中,b为轨枕宽度(m);ф为应力扩散角(°);e为轨枕有效支承长度的一半(m)。
道床内各层应力的计算公式为
道床第一层的应力为枕上压力Rd除以枕底有效支承面积的一半,与计算点所处道床深度无关。但考虑到因轨枕挠曲及不均匀支承引起的枕底应力分布的不均匀性,第一层内应力需乘以不均匀系数m(通常取1.6)。道床第二层应力与轨枕宽度无关,但与轨枕长度有关。道床第三层的应力与轨枕长度和宽度均无关,只取决于应力扩散角和距轨枕底部的深度。路基面的应力计算方法与道床应力计算方法相同,但需依道床总厚度判定路基面所处位置,选用上述三个公式之一进行计算。中国路基面一般处于按上述道床分层的第二层。道床应力和基面应力应当不小于其容许承载能力。中国的有关规定∶碎石道床的容许应力为0.49MPa,新建路基基面容许应力为0.13MPa,既有线路基基面的容许应力为0.15MPa。
石碴颗粒间的接触应力不同于上述道床名义应力,它比道床名义应力大得多。但颗粒间接触应力目前尚无可靠的计算方法。据前苏联的试验和统计资料,枕底石碴间的平均接触应力高达1680MPa,路基面附近石碴间的接触应力也有590~800MPa。而石灰岩材料的强度为290~3570MPa,花岗岩材料的强度为1120~4000MPa。因此,虽然经过道床以,道床风床内的石碴会产生较大磨损,出现粉化,从而造成道床变形。